CN1021351C - 纺织品经纱浆料 - Google Patents

Abstract

提供了经纱上浆组合物和对此实用的淀粉衍生物。该组合物增强并保护经纱并可使纺织润滑剂在其上均匀分散。该组合物还有利于在退浆时有效地去除润滑剂。淀粉衍生物为疏水性淀粉醚或酯衍生物，其中醚和酯取代物包括至少有5个碳原子的饱和或不饱和的烃链。

Description

本发明是指导纺织用经纱上浆工艺和改善所得纱线的织造性能。此外，本发明涉及应用一种经纱浆料组合物进行经纱上浆的工艺。其特点是可改进经纱浆料组合物与纺织上浆润滑剂的适应性，而有利于在退浆时提高润滑剂的去除能力。

这里所用“经纱”一词，是指织物长度方向运行的纱线。经纱上浆材料是应用于经纱的某种物质，其基本目的是在于增强纱线和防止纱线磨损，通常上浆材料具有粘合性并有形成薄膜的作用。经纱上浆使纤维具有硬挺性和滑爽性，这样有利于在织造时减少缠绕和降低断头，同时还提高纤维的耐磨性以避免在处理时发生断头和损伤。

纺织纱线的经纱上浆或常称的浆纱是将这些纱用浆液或浆料分散液进行浸渍。然后将潮湿的纱通过一组压浆辊将多余的浆液轧去，接着再进行干燥。

经纱上浆是在通常包括安放一个或多个分条整经轴的经轴架组成的浆纱机上进行的。这些分条整经轴通常包含200～500根纱。来自几个这样的经轴的纱，并在一起而形成总数为1500～8000根经纱的纱片。然后此纱片进入浆槽，在其中纱被导入浆液并通过一组或多组压浆辊，以除去多余的浆液，而轧出的浆液仍流回导浆槽中。将纱线通过烘房或内热式烘筒的表面而予以干燥。

烘干的纱借水平的分纱棒分离成与原来的分条整经轴相对应的条积。然后纱线立即通过一垂直的梳栉而重新组合，随即绕到将作为织轴的卷取轴上。此织轴上的纱最后供织造过程使用。

公开的上浆工艺的主要功能之一是在于帮助降低织造磨损。为此，上浆必需能产生成膜作用，形成的膜具有耐与纱接触的各机器部件磨 损以及各根纱本身相摩擦摩损作用的能力。

用作经纱浆料的典型的成膜物质有：淀粉、糊精、动物胶、面粉、树胶、明胶、纤维素制品（如羧甲基纤维素）、聚乙烯醇和聚丙烯酸。包括待上浆纤维的类型和组分、结构和支数（单位长度的重量）等许多因素决定着究竟应该使用什么浆料和什么配方。

淀粉和淀粉衍生物的水相分散液已用于许多天然纤维、合成纤维或混纺纤维的经纱上浆。例如，美国专利第2，946，705号（1960年7月26日颁发给H奥尔森）的经纱上浆采用淀粉胺衍生物;美国专利第3，650，787号和第3，673，171号（分别于1972年3月21日和6月27日颁发给L依利泽）使用两性淀粉和氧化烃化两性淀粉;和美国专利第4，421，566号（1983年12月20日颁发给M·哈苏里等人）使用高糖淀粉、阳离子流动性淀粉衍生物。

经纱上浆组合物中通常也采用润滑剂以改善织造性能。润滑剂有助于降低纱对纱和织机对纱的摩擦。此外，在织造工艺较后阶段，润滑剂还可使织机部件得以润滑。能均匀地分散润滑剂的上浆组分是最好的，由于润滑剂的均匀分布能提供最佳的织造性能。织机效率（织机无停台时为100%），即使只能提高1%至2%，也被认为是在这一领域中的显著改进。

从各种动物、植物、矿物或合成来源所得的各种脂肪、油和蜡已被作为良好的润滑剂而使用，其典型的份量为成膜物质重量的0.5-10%。通常包含动物脂和氢化脂甘油脂的工业蜡已被作为典型的浆料润滑剂使用。

虽然，为了使纱线满足织造要求，浆料是必需的，同样，为了进行成功的后整理，将浆料完全除尽也是十分重要的先决条件。在大多 数情况下，于织造工艺之后，织成的纺织品必需进行退浆以避免浆料对整理工艺，如漂白、染色、印花和防水处理等工艺的干扰。根据所用浆料组合物不同，可用下述一道或多道工序进行退浆：酶降解或氧化降解、高温水洗、汽蒸、碱煮结和溶剂或表面活性剂处理。

虽然，浆料组合物中的成膜部分，一般能用上述方法除尽，但去除润滑剂则更为困难，通常需要既费钱又费时的去除技术。据估计在织物上的传统的浆料蜡仅约有25～30%皂化或转化成其后可去除的水溶性材料。其余的并不全是可溶的，因之结果在织物上形成防染的斑点，而此在染色后由于不均匀的染料渗透而特别显眼。因此，润滑剂的均匀分布可获得最佳的织造性能，对于纺织品整理者来说，润滑剂的去除也是重要的，甚至即使不能将它全部除去，润滑剂的均匀分布为在染色后能得到更规则和均匀的外观创造了条件。

由于目前使用高速喷气织机（纬纱引入率为每分钟400～650根，而传统织机为每分钟170～240根），有时浆料中润滑剂的份量较大，以使纱线能承受在织造时遭受到的增大的应力。随着润滑剂的用量增多，润滑剂去除成了经常要考虑的主要问题，且其矛盾日益突出。

因之要求经纱上浆组合物：能形成均匀的薄膜使经纱有足够的强力并在传统织造或高速织造时使经纱得到保护，能将其份量等于或大于传统经纱上所用份量的纺织润滑剂均匀地分散，同时还能在织造后用不太贵、不太费时的去除方法将润滑剂全部除尽。

本发明提供的经纱浆料组合物包括100份水;2至40份疏水性淀粉醚或酯的衍生物，其中醚或酯取代基包括至少为5个，最好为22个以下碳原子的饱和或不饱和碳氢链;重量为淀粉衍生物的3% 至50%，最好为5%至20%的润滑剂。

在优选的实施方案中，由流动性玉米淀粉基与1～10%辛烯基丁二酸酐反应制备的淀粉丁二酸酯提供最佳的织造性能并使润滑剂均匀地分散于纺织纤维上。在退浆时，所用的淀粉衍生物和润滑剂易于去除。

除了淀粉衍生物外，其它的成膜物质也可加在经纱浆料组合物中。在一实施方案中，经纱浆料组合物中还另外包括合成树脂聚乙烯醇，其量与淀粉衍生物相等。

这里还讲述了用经纱浆料组合物进行纺织纤维上浆的方法。

可用以来制备经纱上浆衍生物合适的淀粉基很多，几乎任何淀粉状的物质均可，如未处理过的淀粉，以及糊精化淀粉、水解淀粉、氧化淀粉、酯化淀粉和醚化淀粉等仍含有淀粉状物质的淀粉衍生物。淀粉可从下列任一来源取得：如玉米、高糖淀粉玉米、小麦、马铃薯、木薯淀粉、含蜡玉米、西米或大米。淀粉面也可作为一种淀粉来源。

“疏水淀粉”一词的意义为一种淀粉醚或淀粉酯衍生物，其中醚和酯代基至少包括5个碳原子的饱和或不饱和碳氢链。应该了解，碳氢链可包括若干支链。然而，最好使用那些碳氢链无支链的淀粉衍生物。还应了解，醚和酯取代基除了包括碳氢链之外，还可包括其它基团，只要这些基团不干扰取代基的疏水性质就行。

一类适于制备半酸淀粉酯的反应剂包括取代的环状双羧酸酐（如1953年12月1日发布给卡特威尔等人的美国专利第2，661，349号所述）具有下述结构： 调节上述材料各个组分的流动速度，因此淀粉糊的PH值最好保持在8和11之间。

由于这里所用的某些取代的环状双羧酸酐反应剂具有较大的疏水性（即它们有C₁₀或较高的取代基），反应剂在标准的水相反应中，与淀粉反应并不充分。为了提高淀粉的反应效率，在标准水相条件下，淀粉与疏水反应剂反应时需要用至少为5%，最好是为7～15%（按反应剂重量计）水溶性有机季盐作为相转移剂。如美国专利第3，992，432号（1976年11月16日颁发给D·纳比尔等人）所述，有机盐最好采用三辛基甲基氯化铵和三辛酰甲基氯化铵。

所用的醚化或酯化反应剂的比例随所选的特定的反应剂（因为它们的反应性和反应效率各不相同）和所需取代度而异。用1%反应剂（按淀粉重量计）制备的淀粉衍生物可使经纱上浆效率大大提高。其最佳范围在1%至5%之间。

经纱上浆组合物必需在水相分散液中抗凝结。这样可提高浆纱机中浆液的工作能力、更均匀地使用、较少胶凝和结块，这样可减少浆纱生产线的堵塞和机械故障。

曾观察到这里所用的某些醚化和酯化反应剂，具有含12个以上碳原子的线性链碳氢取代基，使淀粉能在水相分散液中在温度为70℃以上与直链淀粉形成高粘度络化物。浆液通常在温度75～98℃的范围内使用。为了避免在使用中发生问题，需要将经纱上浆组合物的温度保持在淀粉衍生物的络合温度之上。

当使用含蜡淀粉衍生物（主要由支链淀粉组成），在高温时不形成络合物。曾发现由于形成络合物而引起的粘度增加，也能通过使用转化淀粉基衍生物而予以消除，转化淀粉基衍生物可由普通酸转换、 酶水解或氧化法进行制备，根据所用的淀粉基和疏水衍生作用可使其得以充分转化。例如，玉米淀粉的十四烯基丁二酸酯在高温时形成络合物;然而，酸水解的玉米淀粉基具有水流度（WF）值至少为40，而此以同样的丁二酐反应剂处理后不会由于形成络合物而产生任何不利效果，因而在任何使用温度下都是实用的。

实际上，曾发现在100份水中放入2至40份疏水淀粉衍生物的水分散液作为经纱上浆剂最为有效。所用淀粉的精确份量随织造设备、织物结构（即类型）和所加工的纤维种类而异。

在经纱上浆组合物中所用润滑剂可从已知的各种合成和天然脂、油和蜡中选用，它主要用于在织造时降低摩擦。优选的润滑剂包括植物和矿物油以及动物脂。如淀粉衍生物一样，所用润滑剂的份量主要随织造设备和所润滑的纤维而异。典型的份量为淀粉浓度的0.5至15%之间。如润滑剂的使用量过多，将在上浆时难以使润滑剂均匀分布，退浆时难以将润滑剂去净，所以一般不采用大份量的润滑剂。然而，如应用本发明所述的淀粉衍生物，由于衍生物能改善润滑剂分布并在退浆时易于去除，故可使用较大份量的润滑剂（即20～50%）。

在本发明中，除了使用疏水性淀粉衍生物和润滑剂外，其它传统的经纱上浆添加物，如柔软剂、丙烯酸和聚酯粘合剂、抗静电剂和防霉剂也可按传统的份量使用。自从许多兼有润滑和柔软两种作用的材料用作添加剂后，润滑剂有时被错误地认为是柔软剂，而柔软剂有时被错误地认为是润滑剂。然而，柔软剂（即甘油和肥皂）习惯于使经纱和浆膜具有柔软的手感并藉增塑效应而降低浆膜的脆性。

如需要，除了疏水性淀粉衍生物外，还可使用其它成膜物质。适 从上述结果可看出，所有三种配方都提供了很好的织造效率。

同样地，淀粉可与如下述所列其它合适的取代的二羧酸酐进行反应，用作经纱上浆组合物可得到类似的结果。

戊基丁二酸酐

戊烯基丁二酸酐

己基丁二酸酐

辛基丁二酸酐

壬烯基丁二酸酐

癸基丁二酸酐

癸烯基丁二酸酐

十二烷基丁二酸酐

十二烯基丁二酸酐

十四烷基丁二酸酐

十四烯基丁二酸酐

十六烷基丁二酸酐

十六烯基丁二酸酐

十八烷基丁二酸酐

3-甲基-己烯基丁二酸酐

例4

这例说明本发明在高速织机上的应用。如例1制备的淀粉丁二酸酯用于对织物密度为74×54的50/50绦棉织物（印花布）用的35/1支纱进行上浆。

浆料F的组成为：按例1以1%OSA（对淀粉固体量计）制备、流度值为40的淀粉丁二酸酯90.72公斤（200磅）;工业蜡 13.61公斤（30磅）;聚乙烯醇90.72公斤（200磅）;和水890升（235加仑）。以这种类型的另一种普通浆料作为对比浆料G的配方是：由淀粉与4%醋酐反应（按1949年2月8日颁发给卡特惠尔的美国专利所述方法）而生成的乙酰化流动性玉米淀粉（WF50）79.38公斤（175磅）;工业蜡11.34公斤（25磅）;聚乙烯醇79.38公斤（175磅）;50%液状聚酯粘合剂31.75公斤（70磅）和水890升（235加仑）。

上过浆的经纱在吕蒂高速喷气织机上进行织造，入纬率为每分钟450根纱。纱线的含浆率和织造效率示于表Ⅱ。

表Ⅱ

浆料F    浆料G

含浆率（%）    10.4    10.3

织造效率（%）    97～98    94～96

例5

本例通过观察酶退浆织物的染料吸收性，来说明本发明的浆料组合物中蜡质可去除性的实验室研究情况;而上述织物是用含蜡量为20%（以淀粉含量计）的浆料浸渍过的。

按例1所述，将流动性玉米淀粉（WF40）与1%，3%，5%或10%OSA（以淀粉固体量计）进行处理而制备淀粉丁二酸酯衍生物。为了表示反应效率，淀粉半酸酯用羧基滴定法进行评价，发现相应的羧基含量为0.85%，2.96%，3.74%和6.42%。

用淀粉丁二酸酯衍生物和对照的流动性玉米淀粉（WF40）分别 分相似，两者均具有很好的染料渗透性，表明两者的石蜡全部或接近全部被除去。含有10%石蜡的对照淀粉浆料与含有20%石蜡OSA淀粉浆料相比，前者在石蜡去除方面稍差些。然而含有20%石蜡的对照淀粉浆料在石蜡去除方面差得多，退浆后的织物含有许多蜡斑。

例8

用3%戊烯基丁二酸酐或3%己烯基丁二酸酐（相对于淀粉固体量）按例1所述方法处理流动性玉米淀粉（WF41）制备淀粉丁二酸酯衍生物。以含有淀粉衍生物和20%蜡（相对于淀粉含量）的浆液处理过的织物用染料吸收性试验进行评价。同时也对用对照的流动性玉米淀粉（WF40）处理过的织物进行评价。

以含有淀粉丁二酸酯衍生物的浆液处理过的织物，退浆染色后其外观都相似。其染料渗透深度和均匀度均比用对照浆液处理过的织物好得多。

例9

本例说明另一种用作经纱浆料组合物的淀粉衍生物的能力，它可改善在退浆时蜡质的去除能力。

未水解的含蜡玉米淀粉，在含有0.7份（相对于淀粉固体）氯化三辛基甲基铵相转换剂的条件下（PH值为8而不是7.5）按例1所述方法与十四烯基丁二酸酐（TDSA）相反应。

用TDSA衍生物和两种WF分别为20和40的对照流动性玉米淀粉制备了含蜡的浆液，并用染料吸收性试验进行了评价。

用TDSA衍生物处理的织物，退浆后，染料渗透明显较深（用更高取代度的TDSA衍生物处理的织物，具有更深的颜色）。结果表明用含有TDSA淀粉的浆料，可得到最优的蜡质去除性。

例10

本例说明在制备适用于经纱上浆的淀粉衍生物时，对普通的浆纱淀粉用长烃链取代的丁二酸酐进行附加处理改善蜡质去除能力的情况。

A、制备如例4所述的乙酰化流动性玉米淀粉。将一份这样的淀粉用3%OSA进行附加处理。通过染料吸收性试验，对含有上述两种淀粉的浆料组合物的蜡质去除能力进行了比较。可知用OSA衍生淀粉处理的织物的染料渗透更为均匀，这表明疏水衍生作用有利于提高蜡质的去除能力。

B、通过将高淀粉酶玉米淀粉（约含50%淀粉酶）与如美国专利2，876，217（前面已引用）所述的6%二乙氨乙基氯盐酸盐作用，制备另一种用作经纱浆料的普通淀粉。将一份这样的淀粉用3%OSA进行附加处理。含有两种淀粉的浆料组合物也如上述进行了比较。可看到用OSA衍生淀粉进行处理过的织物染料渗透较深，这表明疏水衍生作用可使在退浆时改善蜡质的去除。

例11

用长碳氢链羧酸的N，N′-二取代咪唑鎓盐制备的淀粉酯衍生物也适用于作为经纱上浆组合物。本例说明这些衍生物对在退浆时促进蜡质去除的能力。

玉米淀粉先酸水解至WF为41，然后按美国专利第4，020，272号（前面已引用）所述方法与5%或10%的N-癸酰基-N′-甲基氯化咪唑鎓（相对于淀粉固体量计）进行反应。其程序包括将100份玉米淀粉与150份水在PH为8时调成糊状，然后将反应剂慢慢加入糊中。反应在室温下进行2至3小时，而如例1所述将PH值保持在8，当反应完成时，用3∶1盐酸将糊的PH值调至4。通过过滤、用 PH值为4的水洗三次和烘干而使淀粉酯衍生物复原。

对含有酯衍生物和工业蜡的浆液，用染料吸收性试验进行了评定，并将其与包含未衍生的流动性玉米淀粉的类似浆液（WF40）进行了比较。

用淀粉酯衍生物处理过的织物，其染料渗透性与用未经衍生玉米淀粉浆料处理过的织物相比较要深些。用更高取代的淀粉酯处理过的织物的染色均匀度也在系列中遥遥领先。此结果表明疏水的淀粉酯有利于在退浆时去除蜡质。

其它适用于制备具有类似效用的经纱上浆用的淀粉衍生物的酯化反应剂，有下述各种酸的N，N′-二取代咪唑鎓盐：

己烯酸

2-乙基己烯酸

辛酸

月桂酸

十四酸

棕榈酸

例12

用长碳氢链季铵环氧反应剂制备的淀粉醚衍生物是适于用作经纱上浆组合物的。本例说明这些衍生物在退浆时也具有改善脱蜡的能力。

玉米淀粉用酸水解至WF为41，然后按美国专利第2，876，271号（前面已引用）所述方法，与5%或10%二甲基缩水甘油基-N-十二烷基氯化铵进行反应。此方法包括将100份淀粉与150份水（包括40份硫酸钠和3份氢氧化钠）拌成浆。加入反应剂并将此混合物在104°F（40℃）搅拌16小时。此后，用3∶1 盐酸将PH值调至3。将淀粉醚过滤（为了有助于过滤，加入了甲醇），然后用PH值约为3的水洗三次，最后进行烘干。

制备了含有工业蜡的浆液，并用淀粉醚衍生物和对照的未衍生的流动性玉米淀粉（WF为40），通过染料吸收性试验进行评价。

用较少取代的淀粉醚衍生物处理过的织物，退浆后的染料渗透性比用未衍生的玉米淀粉浆料处理过的织物差。然而，用较多取代的淀粉醚处理过的织物的染料渗透性的均匀度比对照试样要好得多。结果表明虽然两种淀粉醚衍生物均能用作经纱浆料组合物，为了便于除尽蜡质（当使用浓度为淀粉的20%的高浓度时）最好使用较高取代的淀粉醚。

同样，淀粉可与其它取代的季铵环氧反应剂进行反应，并用于经纱上浆而取得类似的效果。适用的反应剂包括表卤代醇与下列长链叔胺反应生成物：

戊基二甲基胺

己基二甲基胺

辛基二甲基胺

2-乙基己基二甲基胺

壬基二甲基胺

癸基二甲基胺

癸烯基二甲基胺

十二基二甲基胺

十四基二甲基胺

十四烯基二甲基胺

十六基二甲基胺

十六烯基二甲基胺

十八基二甲基胺

十八烯基二甲基胺

二癸基二甲基胺

总之，本发明提供了一种经纱上浆组合物及其使用工艺，这一组合物能使经纱增强并保护经纱使其能经受住织机的磨损，以及有助于纺织润滑剂在经纱上均匀分散和在退浆时能有效地将润滑剂去除。

Claims (9)

1、改进的经纱上浆组合物，它包括水、淀粉衍生物和润滑剂，其改进之处包括组合物中存在有100份水和2至40份疏水性淀粉醚或酯的淀粉衍生物，其中的醚或酯取代物包括至少为5个碳原子的饱和或不饱和碳氢链并有3%至50%的润滑剂(按疏水淀粉衍生物的重量计)；经纱上浆组合物还具有在上浆时使润滑剂均匀分散能力和在退浆时能有效地将润滑剂去除的特性。

2、按照权利要求1的经纱上浆组合物，其中润滑剂是选自动物脂、氢化动物脂和石蜡，其含量为5%至20%。

3、按照权利要求1的经纱上浆组合物，其中润滑剂含量为11%至50%。

4、按照权利要求2的经纱上浆组合物，其中疏水性淀粉酯为淀粉与含碳氢链的羧酸或磺酸的咪唑化合物或N，N′双代咪唑鎓盐的酯反应产物或为淀粉与含碳氢链的取代的环状二羧酸酐的半酸酯反应产物。

5、按照权利要求2的经纱上浆组合物，其中疏水的淀粉醚为淀粉和醚化反应剂的反应产物，反应剂为表卤代醇和含碳氢链的叔胺的反应产物。

6、按照权利要求4或5的经纱上浆组合物，其中碳氢链包含5至14个碳原子。

7、按照权利要求4或5的经纱上浆组合物，其中淀粉为自含蜡玉米、玉米淀粉、高糖玉米淀粉，其转化产物，及其衍生产物，其中衍生作用系采用离子型或非离子型的醚化或酯化反应剂而不是至少包含有5个碳的碳氢链。

8、对纺织用经纱上浆的改进方法，它包括将纱通过含有水、淀粉衍生物和润滑剂的浆纱组合物;其中改进处包括组合物中存在疏水性淀粉醚或酯的淀粉衍生物，其中醚或酯取代物包括至少为5个碳原子的饱和或不饱和碳氢链并有约3%至50%的润滑剂（按疏水淀粉衍生物的重量计），经纱上浆组合物还具有在上浆时使润滑剂均匀分散能力和在退浆时能有效地将润滑剂去除的特性。

9、按照权利要求8的工艺，其中在浆料组合物中有100份水和2至40份淀粉衍生物;其中润滑剂是选自动物脂、氢化动物脂和石蜡，其中润滑剂含量为5～20%;其中疏水性淀粉酯是淀粉和含碳氢链的取代的环状二羧酸酐反应剂的半酸酯反应产物，或是淀粉和含碳氢链的羧酸或磺酸的咪唑化合物或N，N′-二取代咪唑鎓盐的酯反应产物，而疏水性淀粉醚为淀粉和醚化反应剂的反应产物，其中醚化反应剂为表卤代醇和碳氢链的叔胺的反应产物。